Ajan arvoitus I: johdanto

Atsteekkien kalenterikivi. (Wikimedia Commons: El Comandante)

Ihminen on mahdollisesti ainoa otus, jolla on selkeä ajantaju: me elämme muiden eläinten tavoin nykyhetkessä. Niistä poiketen me muistamme menneisyyden ja pystymme rajoitetussa mielessä ennakoimaan tulevaisuutta. Muilla lajeilla ennakointi ja vastaavat ilmiöt saattavat muistin ja päättelyn sijaan liittyä vaistotoimintaan (Whitrow, Ajan historia). Eläinten älykkyyttä koskeviin arvioihin kannattaa tosin suhtautua melkoisella varauksella. 

Käsityksemme ajasta ei ole yhtenäinen, meille on tuttu henkilökohtaisen ajantajun suhteellisuus, lapsuuden pitkät tapahtumarikkaat päivät vs. myöhemmän iän nopeasti kiitävä aika. On myös tuskallista, miten eri tahtiin aika tuntuu kuluvan riippuen siitä, kummalla puolella lukittua vessan ovea olemme. Aikakäsityksessä on myös kulttuurisidonnaisuuksia, joidenkin mukaan aika on ikuinen, toisten mielestä sillä on alku, mahdollisesti loppukin. On myös olemassa käsitys syklisestä ajasta, jonka jokaisessa jaksossa toistuvat samat ilmiöt, ei välttämättä yksittäisten tapahtumien tasolla, vaan yleisempien tendenssien muodossa. 

Erilaisille aikakäsityksille löytyy esimerkkejä myös luonnosta. Etenkin toistuvia taivaan ilmiöitä on käytetty hyväksi kehitettäessä ajanlaskujärjestelmiä. Vuosi tulee Maan kiertoliikkeestä Auringon ympäri, kuukausi Kuun kierroksesta Maan ympäri, viikko kuunvaiheista, vuorokausi Maan pyörimisliikkeestä akselinsa ympäri. Oma kalenterimme on yhdistelmä kahdesta perinteestä: meillä on periaatteessa egyptiläinen vuosi ja tunti, viikko on puolestaan kotoisin Mesopotamiasta. Nämä ovat tulleet meille kreikkalaisten ja roomalaisten välityksellä ja muokkaamina.

Kalenterijärjestelmien kehittäminen ei ollut aivan suoraviivaista, sillä aikayksiköiden pohjana olevat ilmiöt eivät ole yhteismitallisia. Aika täysikuusta seuraavaan ei ole tasamäärä päiviä, ei myöskään Maan täysi kierros Auringon ympäri. Tunnetuin esimerkki tästä on karkausvuosi, jonka avulla yritetään pitää vuodenajat samassa syklissä kalenterivuoden kanssa. Maan täysi kierros Auringon ympäri kestää noin 365,2564 vuorokautta. Juliaanisessa kalenterissa jokainen neljällä jaollinen vuosi oli karkausvuosi, joka sisälsi ylimääräisen päivän. Pitkän ajan kuluessa tämä järjestelmä alkoi kuitenkin jätättämään verrattuna vuodenaikoihin, siirtyminen tarkemman karkauspäiväkäytännön sisältävään gregoriaaniseen kalenteriin näkyikin eräänlaisena aikahyppynä eteenpäin. Kun Britanniassa vuonna 1752 siirryttiin gregoriaaniseen kalenteriin, jäi kalenterissa yksitoista päivää väliin. Jotkut eivät ymmärtäneet kalenterin olevan sopimuskysymys, vaan he mellakoivat kuviteltuaan hallituksen varastaneen heidän elämästään nuo päivät. Vähän ovelammat taas yrittivät saada palkan myös väliin jääneiltä päiviltä.

Vaikka tajuaisimmekin ajan mittaamiseen liittyvän käytännön sopimuksia, niin kysymys ajan itsensä luonteesta saa meidät helposti hämilleen. Moni pitää käsitettä itsestäänselvyytenä kunnes yrittää pukea sen sanoiksi. Hyvin kuuluisa on Augustinuksen pohdiskelu ”Mikä siis on aika? Minä luulen sen tietäväni, jos ei kukaan sitä minulta kysele. Mutta jos joku sitä kysyy ja tahtoisin sen selittää hänelle, minä en sitä tiedä” (Nordin, Filosofian historia). Osa filosofeista, tutkijoista ja muista oppineista onkin sivuuttanut aikaan liittyvät käsitteelliset hankaluudet, toisaalta aiheesta on kirjoitettu paljon kirjojakin. 

Sanaleikin mukaan avaruus on olemassa siksi, että kaikki ei tapahtuisi samassa paikassa, aika puolestaan jotta kaikki asiat eivät tapahtuisi samanaikaisesti. Avaruus ja aika ilmenevätkin usein fysiikan laeissa, joiden avulla voidaan vaikkapa esittää kappaleen paikka jollakin ajasta riippuvalla funktiolla, jonka ensimmäinen aikaderivaatta on nopeus, toinen puolestaan kiihtyvyys. Näiden lakien perusteella voidaan laskea kappaleen paikka jonakin tulevaisuuden hetkenä, mikä on hyvin kätevää, jos kysymyksessä on esimerkiksi Maan läheisyydessä sijaitseva asteroidi. Toisaalta yhtä hyvin voidaan laskea kappaleen paikka menneisyydessä: useimmat fysiikan lait eivät tunnusta ajan kulkusuuntaa. Joidenkin fyysikkojen mukaan aika onkin eräänlainen illuusio.

Seuraavissa blogikirjoituksissa käsittelen tarkemmin kolmea viime vuosina ilmestynyttä teosta, joissa nimekkäät fyysikot yrittävät selittää aikaa päätyen lopulta hyvin erilaisiin näkemyksiin. Carlo Rovellin kirja Ajan luonne vastaa melko perinteistä näkemystä, joka asettaa yhtäsuuruusmerkin ajan kulkusuunnan ja entropian lisääntymisen välille. Richard Mullerin Now: The Physics of Time yhdistää ajan kulkusuunnan avaruuden laajenemiseen. Lee Smolinin Time Reborn puolestaan yrittää vakuuttaa, että monet nykyfysiikan ongelmista johtuvat siitä, että fysiikan kuva ajasta on puutteellinen. Eli näistä enemmän seuraavassa osassa. 

Lähteet

Karttunen Hannu et al., Tähtitieteen perusteet
Nordin, Svante, Filosofian historia
Whitrow, G.J., Ajan historia